B型鋁合金地鐵車輛的車體制造技術分析

摘 要：目前，地鐵車輛被劃分為三種類型，即A/B/C型地鐵。如果按照地鐵車輛制造材質來分類的話，城市軌道地鐵車廂車體又可分為不銹鋼和鋁合金兩種。文章主要介紹B型地鐵鋁合金車體的制造工藝，著重探討分析B型鋁合金地鐵車廂側墻的結構及其焊接工藝。

關鍵詞：鋁合金；地鐵；焊接工藝

1 B型鋁合金地鐵車廂側墻結構制造

1.1 B型鋁合金地鐵車輛車廂側墻結構

B型鋁合金地鐵車輛車體側墻的設計與構造，最常用的方式就是焊接的方式。如圖1和圖2所示。

在圖1和圖2中，可以看到，地鐵車輛車體側墻的設計，有左右兩個門立柱，并和側墻板一同組成了車體的側墻。此外，還可以清楚的看到，車輛車體的側墻結構上，均設有四個側門，每一個側墻模塊上又有一個窗口。此外，為了避免門角、窗角應力集中，在設計的時候一般都是采用圓弧過渡形式，并使用機械加工的方法來實現。從圖1中還可以清楚的看到，側墻是模塊化結構，側墻與車頂在組裝的過程中，將門角連接其中。圖1中，無論是左門立柱還是右門立柱，均為型材彎曲結構。

1.2 B型鋁合金地鐵車廂側墻制造工藝

結合著上述圖的結構圖來看，側墻模塊與底架、車頂、端墻等各車體部件連成組裝起來。筆者以為，在該制造設計環節，最為關鍵的一點是模塊化側墻的質量。具體來說，在側墻結構設計制造與后期組裝的過程中，模塊化側墻的制造質量在很大程度上直接關系到車體組成質量。

關于B型鋁合金地鐵車廂車體所使用的模塊化側墻制造工藝，運用的工藝是比較復雜的。常見的有自動焊接、焊前焊后表面處理、焊縫檢測等。也就是說，對模塊化側墻的焊接是首要的一環，質量的保證是根本。具體如下：第一步，側墻板裝配；第二步，側墻板反裝焊接；第三步，焊縫檢測；第四步，側墻板正裝焊接；第五步，焊縫檢測；第六步，交驗；第七步，側墻板加工和門立柱安裝；第八步，模塊化側墻組成裝配與焊接；第九步，焊縫檢測處理；第十步，模塊化側墻正裝焊接與檢測；最后是附件焊接、檢測調修、交驗。

2 B型鋁合金地鐵車輛側墻焊接工藝探究

B型鋁合金地鐵車輛，即側墻板型材采用鋁合金中空擠壓型材組成。在對側墻板進行組裝焊接操作的過程中，一般采用最多的是機械手自動焊接技術，該焊接方法焊縫成形比較好，質量有保證。最主要的是焊接的效率比較高。關于這一點，從圖1和圖2中也可以看到。對此，筆者以為，等到車輛車體側墻板組裝焊接完成之后，可以通過機械加工的方法來做進一步的處理，即將車體側墻板分切，分切成多個不同尺寸的小的車體側墻板。為了提高其效率，建議將整個側墻板的所有模塊集中起來。

首先是對側墻板自動焊接，此次選用的側墻板為鋁合金型材。綜合考慮到了鋁合金的線膨脹系數為鋼的3倍，且凝固的時候的體積收縮率為6.5%左右。正因如此，這種情況下很容易出現不利的一面，例如在組裝焊接的過程中，可能會變形。假若變形幅度超出可控范圍，將會直接使該部件報廢。對此，在鋁合金地鐵車廂車體側墻的制造組裝中，質量控制一直非常關鍵，即控制焊接變形。在該生產制造環節的質量控制上，以南京、杭州等地的B型鋁合金地鐵為例。根據空氣動力學要求，該型材的側墻板外輪廓設計主要采取的是從上往下圓弧狀結構，如此一來，地鐵列車在運行的時候，空氣阻力會減少。所以，在焊接變形控制上，建議在焊前預留一定的焊接反變形量，以此來實現對側墻板焊接變形的控制。

其次是對側墻模塊的組裝焊接，以及對側墻附件的焊接。關于B型鋁合金地鐵車輛車體的構造，通過圖1和圖2以及前文的介紹，基本大致了解。總之，B型鋁合金地鐵車廂側墻由機加工后的側墻板與鋁合金型材的左右門立柱組焊而成。在這一環節，問題是比較多的。例如，在組焊的過程中很容易出現錯邊或者未焊透的技術缺陷。仔細分析與技術性檢測后發現，這主要是由于鋁合金熱導率大、比熱容大的原因。此外，電弧電壓、焊接速度等工藝參數也會對其造成影響。基于此，結合著南京、杭州等地B型鋁合金地鐵車體的生產制造實際來看，可切實做好以下四點：點固焊接前在待焊位置處放置一個2mm的不銹鋼板；適當增大焊接的功率，調整電弧電壓；合理控制組焊的速度，可以將其嚴格控制在95cm/min以內；焊前對鈍邊、錯邊量嚴密檢查。最后是對側墻附件的焊接，正如上述所言，鋁合金熔點低、熱導率大。在這種情形下，在附件焊接的過程中，熱量就需要集中起來，增大電源功率。然而問題就出現了，焊接熔池溫度場的變化會越來越大，相應的焊縫成形控制也就變得非常困難。綜合考慮各方影響因素，分析原因后建議，在焊接時采用合理的焊接工藝參數，嚴格控制角焊縫焊前間隙，控制在1mm以內。

3 結束語

地鐵車輛采用的是大斷面、高強度、輕量化鋁合金型材整體焊接制造，關于它的優點，相信很多人都比較熟知，發車密度高、承載力強、編組靈活。從社會、經濟、環保等多角度來看，城市軌道公共交通必將成為今后鐵路建設的主要選型目標。正是介于城市軌道地鐵的這種重要型，必須要對其技術結構、制造工藝與方法高要求、高標準，這也是本文研究的切入點，分析B型地鐵車廂側墻結構特點，針對其技術方法工藝，提出更加有效的質量保證措施。

參考文獻

[1]岳彩昂，李東風，葛懷普，等.全焊接鋁合金B型地鐵車體焊接變形研究[J].金屬加工：冷加工，2016（S1）.

[2]張明偉，李洪濤，孫學亮.B型地鐵鋁合金車體柔性化制造[J].金屬加工：冷加工，2013（11）.

作者簡介：王洪波（1988-），男，四川樂山人，大學本科，助理工程師，研究方向：城市軌道交通車輛制造。